(57)【要約】【課題】  周囲の空気の酸素濃度の変化にかかわらず、安定した酸素濃度の空気が得られる酸素富化機を提供する。【解決手段】  空気中の酸素を濃縮して酸素富化空気を発生する酸素富化手段１５と、前記酸素富化手段１５以外の酸素発生手段２４とを備えたもので、燃焼機器の使用などにより、酸素富化機本体周囲の空気の酸素濃度が低く、酸素富化機本体１に内蔵された酸素富化手段１５だけで充分な酸素濃度が得られない場合でも、前記酸素富化手段１５以外の酸素発生手段２４により酸素が補完できるので、酸素富化機としての機能を十分発揮することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の酸素を濃縮して酸素富化空気を発生する酸素富化手段と、前記酸素富化手段以外の酸素発生手段とを備えた酸素富化機。
【請求項２】
酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記酸素濃度検出手段の出力に応じて酸素発生手段の運転を制御する制御手段を設けた請求項１記載の酸素富化機。
【請求項３】
酸素発生手段は、電気分解作用で酸素を発生させる手段とした請求項１または２記載の酸素富化機。
【請求項４】
酸素富化空気を吸引する吸引手段と、前記酸素富化空気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、酸素発生手段を間欠駆動する制御手段を設け、前記酸素濃度が所定の量より低い場合、前記酸素発生手段を間欠駆動して得られた酸素を前記酸素富化空気に混合させるようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素富化機。
【請求項５】
酸素発生手段に供給する電圧、電流、電力の少なくとも１つを制御して、前記酸素発生手段で得られる酸素の発生量を制御する請求項項１〜４のいずれか１項に記載の酸素富化機。
【請求項６】
酸素富化空気を本体外に導く空気流路と、酸素発生手段で発生した酸素を前記空気流路に導く第２の空気流路とを備え、前記酸素発生手段から前記空気流路に流入する酸素の量を、前記第２の空気流路に設けた弁の開閉量を制御して、変えられるようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸素富化機。
【請求項７】
空気流路中で、かつ前記空気流路と第２の空気流路と交わる部位より酸素富化手段側の部位に酸素濃度検出手段を配した請求項６記載の酸素富化機。
【請求項８】
酸素富化手段に外気を取り入れる空気取り入れ口に酸素濃度検出手段を設けた請求項２、３、５、６のいずれか１項に記載の酸素富化機。
【請求項９】
空気流路中で、かつ前記空気流路と第２の空気流路と交わる部位より下流側の部位に酸素濃度検出手段を配した請求項２、３、５、６のいずれか１項に記載の酸素富化機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素富化手段を用いて得られる、いわゆる酸素富化空気を使用者に提供する酸素富化機の運転制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の酸素富化機は、空気中の酸素を濃縮して酸素富化空気を発生させる酸素富化手段と、その酸素富化手段を内蔵した本体と、この本体に接続され、使用者に富化酸素を供給する酸素吐出口とで、基本的に構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２３４８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に空気中の酸素濃度は約２１パーセントであるが、石油を燃焼させる暖房器具で暖房された冬季の家屋内の空気はその燃焼のため、空気中の酸素濃度は約１６パーセントに低下している。つまり、５パーセント酸素濃度が低下している。
【０００４】
一方、酸素富化手段の酸素濃縮効率は酸素富化機本体の周囲の空気の酸素濃度に関係なく一定である。したがって、従来の酸素富化機の場合は、燃焼器具による暖房等により、部屋の空気、すなわち、酸素富化機本体の周囲の空気の酸素濃度が低下すると、酸素富化機から放出される濃縮後の酸素濃度も低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決し、周囲の空気の酸素濃度が低下しても、所定の濃度の酸素を放出できる酸素富化機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために本発明は、空気中の酸素を濃縮して酸素富化空気を発生する酸素富化手段と、前記酸素富化手段以外の酸素発生手段とを備えたもので、燃焼機器の使用などにより、酸素富化機本体周囲の空気の酸素濃度が低く、酸素富化機本体に内蔵された酸素富化手段だけで充分な酸素濃度が得られない場合でも、前記酸素富化手段以外の酸素発生手段により酸素が補完できるので、酸素富化機としての機能を十分発揮することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の酸素富化機は、周囲の空気の酸素濃度が低下しても、充分な酸素を、しかも安定した濃度で供給することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、空気中の酸素を濃縮して酸素富化空気を発生する酸素富化手段と、前記酸素富化手段以外の酸素発生手段とを備えたもので、燃焼機器の使用などにより、本体周囲の空気の酸素濃度が低く、酸素富化手段だけで充分な酸素濃度が得られない場合でも、前記酸素富化手段以外の酸素発生手段により酸素が補完できるので、酸素富化機としての機能を十分発揮することができる。
【０００９】
第２の発明は、酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記酸素濃度検出手段の出力に応じて酸素発生手段の運転を制御する制御手段を設けたもので、周囲の空気の酸素濃度が所望の濃度以下になったときに、酸素発生手段を運転して、酸素濃度を所望の濃度まで高めることができるので、非常に快適である。
【００１０】
第３の発明は、酸素発生手段を、電気分解作用で酸素を発生させる手段としたもので、構成が簡単で、しかも酸素の発生量の制御が容易になり、放出される空気の酸素濃度も変動の少ないものとなるものである。
【００１１】
第４の発明は、酸素富化空気を吸引する吸引手段と、前記酸素富化空気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、酸素発生手段を間欠駆動する制御手段を設け、前記酸素濃度が所定の量より低い場合、前記酸素発生手段を間欠駆動して得られた酸素を前記酸素富化空気に混合させるようにしたもので、簡単な制御で、酸素濃度の低下を防止できるものである。
【００１２】
第５の発明は、酸素発生手段に供給する電圧、電流、電力の少なくとも１つを制御して、前記酸素発生手段で得られる酸素の発生量を制御するもので、酸素富化空気と前記酸素発生手段で得た酸素を混合した後の空気の酸素濃度を、さらに安定させることができる。
【００１３】
第６の発明は、酸素富化空気を本体外に導く空気流路と、酸素発生手段で発生した酸素を前記空気流路に導く第２の空気流路とを備え、前記酸素発生手段から前記空気流路に流入する酸素の量を、前記第２の空気流路に設けた弁の開閉量を制御して、変えられるようにしたもので、前記弁の開閉で酸素富化空気の酸素濃度の変化に迅速に追従することができ、本体から放出される空気の酸素濃度を安定させることができる。
【００１４】
第７の発明は、空気流路中で、かつ前記空気流路と第２の空気流路と交わる部位より酸素富化手段側の部位に酸素濃度検出手段を配したもので、酸素富化手段からの酸素富化空気の酸素濃度に応じて、酸素発生手段を制御することで、本体外に吐出する空気の酸素濃度を安定させることができる。
【００１５】
第８の発明は、酸素富化手段に外気を取り入れる空気取り入れ口に酸素濃度検出手段を設けたもので、本体外に吐出させる空気の酸素濃度を安定させることができる。
【００１６】
第９の発明は、空気流路中で、かつ前記空気流路と第２の空気流路と交わる部位より下流側の部位に酸素濃度検出手段を配したもので、本体外に吐出される空気の酸素濃度を一層安定させることができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
(実施の形態１)
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至４を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態の酸素富化機の全体図を示すもので、１は、後述の酸素富化手段１５を内蔵した酸素富化機本体で、６は、酸素富化手段１５に連通する第１の連結管３を介して接続され使用者の頭にセットされるヘッドセットで、そのヘッドセット６には、酸素富化手段１５で得られた酸素富化空気を使用者の口元に吐出する吐出口７が設けられている。
【００２０】
図２は、本実施の形態の酸素富化機の全体構成を簡略化して示す概略図で、装置本体１の内部には、空気の酸素の濃度を高めるいわゆる酸素富化空気を発生する酸素富化手段１５を設けている。酸素富化手段１５には、有機高分子の平膜より構成された酸素富化膜ユニット(図示せず)が使用され、分子の種類により膜を通過する速度が異なる原理を応用したもので、空気中の窒素に比べ酸素をよく通すため、比較的酸素濃度の高い空気、いわゆる酸素富化空気が得られる。
【００２１】
通常の空気において酸素が占める割合は約２１％（窒素約７９％）であるが、本実施の形態の酸素富化手段１５の酸素富化膜ユニットを通過後の酸素富化空気においては、酸素が占める割合が約３０％（窒素約７０％）である。
【００２２】
つまり、空気が酸素富化手段１５を通過することにより、＋９％の酸素濃度の向上ができることになる。本発明では、＋９％の酸素濃度の向上を酸素富化効率と定義する。
【００２３】
１０は吸引手段で、酸素富化手段１５で生成される酸素富化空気を第３の連結管１４と第２の連結管１１とを経て吸引して第１の連結管３とヘッドセット６とを経て吐出口７から吐出させる。吸引手段１０には、酸素富化手段１５の酸素富化膜の通過圧損に対抗して酸素富化空気の流量を稼ぐために運転時の圧力が高いベローズポンプを用いている。２４は、酸素富化手段１５とは別に酸素を生成する酸素発生手段で、制御手段８からの駆動信号により水（水素２原子と酸素１原始から成る分子化合物）に浸した下陽極と陰極に通電し、電気分解の作用によりそれぞれ水素と酸素の気体を発生させるものである。
【００２４】
２５は、酸素発生手段２４と、第３の連結管１４と第２の連結管１１との接続部を連通する第４の連結管で、酸素発生手段２４で発生した酸素を酸素富化手段１５からの酸素富化空気に送りこむためのものである。
【００２５】
２６は酸素濃度検出手段で第３の連結管１４に設けられ、空気中の酸素濃度を検出し、その酸素濃度のレベルを信号で制御手段８に伝達する。
【００２６】
図３は酸素発生手段２４の間欠駆動により、酸素濃度が３０％の±ａ％のリップル幅で変化している特性を示している。
【００２７】
図４は酸素発生手段２４に通電する電圧を制御することにより、酸素濃度が３０％の±ａ％より小さい±ｂ％のリップル幅で変化している特性を示している。
【００２８】
以上のように構成された酸素富化機においてその動作を説明する。
【００２９】
酸素濃度検出手段２６で検出された酸素濃度が３０％の場合は、空気中の酸素濃度が２１％と通常であり、その場合の運転は、以下のとおりである。
【００３０】
制御手段８は吸引手段１０を駆動し、酸素富化手段１５で生成される酸素富化空気は第３の連結管１４と第２の連結管１１を経て吸引手段１０によって吸引され、第１の連結管３とヘッドセット６を経て吐出口７から吐出される。
【００３１】
酸素富化空気の酸素濃度は３０％で目的の酸素濃度が得られているので、酸素発生手段２４には通電しない。
【００３２】
次に、何らかの原因により酸素濃度検出手段２６で検出された酸素濃度が３０％未満の場合は、空気中の酸素濃度が２１％未満であり、その場合の運転は、以下のとおりである。
【００３３】
酸素発生手段２４の通電を開始し、そこで発生した酸素は、第４の連結管２５を介して、第３の連結管１４と第３の連結管１１の接続部分に供給され、酸素富化手段１５で生成された酸素富化空気に混合され、酸素濃度が約３０％に回復する。
【００３４】
なお、酸素発生手段２４の通電をオン／オフして間欠駆動した場合の酸素濃度は図３のとおりで、３０％に対して±ａ％のリップルがあり、最大３０＋ａ％、最小３０−ａ％となる。
【００３５】
また、酸素発生手段２４に通電する電圧を制御した場合の酸素濃度は図４のとおりで、３０％に対して±ａ％より小さい±ｂ％のリップルがあり、最大３０＋ｂ％（３０％＜３０＋ｂ％＜３０＋ａ％）、最小３０−ｂ％（３０％−ａ％＜３０−ｂ％＜３０％）となる。つまり、間欠駆動より通電電圧制御のほうが、酸素濃度のバラツキを小さくできるという効果がある。
【００３６】
上記では酸素発生手段２４に通電する電圧を制御する方法を説明したが、要は通電する電気エネルギーを制御すればよいのであって、他の制御方法としては、電流、電力を制御する方法等があり、必要に応じて用いればよい。
【００３７】
以上のようにして酸素富化機本体１で生成された酸素富化空気の酸素濃度が低下した場合は、酸素発生手段２４で発生した酸素を補給することで、酸素濃度の低下を防止することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態について、図５〜図７を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態と同一部分については、同一符号、名称を用いてその説明を省略する。
【００３９】
図５において、２７は酸素発生手段２４で発生した酸素を第４の連結管２５に送り込む量を制御する弁で、２８は弁２７を駆動する弁駆動手段である。
【００４０】
以上のように構成された酸素富化機においてその動作を説明する。
【００４１】
酸素富化機本体１外で、何らかの原因で急激な酸素濃度の低下が発生すると、酸素富化効率はもともと変わらないため、酸素富化空気の酸素濃度も急激に低下し、たとえば、図６に示すように時間ｔ０に於いて酸素濃度は最低の３０−ｃ％に落ち込む。
【００４２】
この時、酸素発生手段２４の間欠駆動で、酸素の発生量を増減して酸素濃度を制御している場合は、酸素発生手段２４を間欠駆動しているため、酸素発生手段２４に通電する電気エネルギー（電圧等）を大きくしても、電気エネルギー（電圧等）の増大→電気分解効率の向上→電気分解酸素の発生量の増加、というプロセスには時間的なロスが大きく、急激な酸素濃度の低下に追従しにくいという特性があり、酸素濃度が３０％に回復する時間も時間ｔ２となり、長くなってしまう。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、酸素発生手段２４で発生した酸素の第４の連結管２５に送り込む量を弁２７を開閉して酸素濃度を制御するようにしたもので、酸素富化機本体１外で急激な酸素濃度の低下が発生した場合、酸素富化空気も急激な酸素濃度の低下が発生するが、図７の時間ｔ０に於いて酸素濃度は最低の３０−ｄ％に低下している。
【００４４】
３０−ｄ％は３０−ｃ％よりやや高い酸素濃度となっている。すなわち酸素発生手段２４の間欠駆動で電気分解酸素の発生量を増減する方法より、弁２７の開閉の方が制御速度や送り込まれる酸素量の追従性が良いため、酸素濃度の低下を小さくできるということである。
【００４５】
また、酸素濃度が３０％に回復する時間も時間ｔ１となり、酸素発生手段２４の間欠駆動で酸素の発生量を増減する方法による回復時間ｔ２より短い時間で回復できるという効果がある。
【００４６】
（実施の形態３）
次に本発明の第３の実施の形態について、図８を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態と同一部分については、同一符号、名称を用いてその説明を省略する。
【００４７】
図８に示すように、本実施の形態では、は酸素濃度検出手段２６を酸素富化手段１５の空気取り入れ口１２に設けたものである。空気取り入れ口１２の周囲には酸素富化手段１５があるだけで、他の機能部位が存在していないので、そこに酸素濃度検出手段２６を設けることは、構成的にも簡略にでき、さらに取り付けコストも安価にできるという効果がある。
【００４８】
なお、空気取り入れ口１２での酸素濃度は酸素富化前なので、当然酸素富化後より低い値となる。しかし、酸素富化効率は一定（＋９％）なので、酸素富化前は酸素富化後より酸素濃度が９％低くいことを考慮し、酸素発生手段２４から発生させる酸素の発生量を制御すれば、３０％の酸素濃度を得ることができ、問題は発生しない。
【００４９】
（実施の形態４）
次に本発明の第４の実施の形態について、図９を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態と同一部分については、同一符号、名称を用いてその説明を省略する。
【００５０】
酸素富化機で所定の酸素濃度、例えば３０％、の空気を安定して得るには、酸素富化空気と酸素発生手段からの酸素が混合された後の酸素濃度を正確に検出することが必要となる。そこで本実施の形態では、酸素濃度検出手段２６を第２の連結管１１に設けたものである。
【００５１】
これにより、酸素発生手段での酸素の発生量の制御の精度が向上し、３０％の酸素濃度の空気を常時安定して得られる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる、酸素富化機は、周囲の空気の酸素濃度が低下しても、充分な濃度で、しかも安定した濃度で酸素を供給することができるので、使用者に常にリフレッシュ感を提供する機器として、極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１の酸素富化機の全体図
【図２】同酸素富化機の全体構成を示す概略図
【図３】同酸素富化機の特性を示す酸素濃度特性図
【図４】同酸素富化機の特性を示す酸素濃度特性図
【図５】本発明の実施の形態２の酸素富化機の全体構成を示す概略図
【図６】同酸素富化機の特性を示す酸素濃度特性図
【図７】同酸素富化機の特性を示す酸素濃度特性図
【図８】本発明の実施の形態３の酸素富化機の全体構成を示す概略図
【図９】本発明の実施の形態４の酸素富化機の全体構成を示す概略図
【符号の説明】
【００５４】
１  装置本体
３  第１の連結管
６  ヘッドセット
７  吐出口
８  制御手段
１０  吸引手段
１１  第３の連結管
１２  空気取入れ口
１４  第３の連結管
１５  酸素富化手段（酸素富化膜ユニット）
２４  酸素発生手段
２５  第４の連結管
２６  酸素濃度検出手段
２７  弁
２８  弁駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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